具有轴承磨损指示器的回转泵 【技术领域】
本发明涉及液体回转泵，特别是涉及具有轴承磨损指示器的浸没转子型回转泵。背景技术
本发明特别适用于液体浸没电动机转子的液体回转泵，电动机转子通过通常所谓的管壳或水套的密封件而与电动机定子隔离开。这种特殊类型泵已经生产了很多年，包括可旋转安装泵的电动机部件的转子的轴。为使转子在泵的壳体中定中心，已经证明使用具有轴向彼此隔开的圆锥轴承的机构是非常有益的。Young 3195466中公开了这样的泵和轴承。圆锥轴承不仅使转子定中心和保持泵的叶轮的轴向位置，而且在泵壳体和泵内旋转件之间形成摩擦轴承受面。通过参考Young 3195466而将其合并为背景资料，不需要通过仅描述公知泵技术来重复本发明的特殊泵和轴承地细节。多年以来，已经提出关于浸没转子型液体泵中的某些机构改进的专利。Spisiak 3225698和Neal 3433164是其中的两个专利。这里也通过参考作为背景泵技术的这些专利而将其合并，不需要在说明和理解本发明中重复这些背景泵技术。最近的Brunet 6350109的内容是浸没转子回转泵的新设计。本发明用径向和推力或轴向磁性轴承的组合取代圆锥轴承，由此浸没转子在其旋转时基本上是悬浮的。这是与使用多年的简单圆锥轴承结构完全不同，需要实际的电磁控制以保持悬浮间隙。但是，该专利没有教导本发明公开类型的泵，本文将其作为背景资料的参考文献而将其合并，本发明中不再说明其泵的组成。本发明的回转泵是对纽约Bufflalo Pump of North Tonawanda销售的泵所作的改进。优选实施例的内部设计与由Buffalo Pump销售多年的泵相同。Bulletins929A和985公开了这种公知的设计，这里通过参考作为背景资料的文献而合并其内容，其公开了本发明泵如何适于上述作为参考文献合并的该专利背景技术。这些公报还公开了使用在一些浸没回转泵中的流体推力平衡机构，但是这些特征不构成本发明的组成部分。公开的所有这些资料表明本发明所指示的泵的设计思想，和支承该泵的浸没转子的轴向间隔圆锥轴承的应用。
多年来已经证明浸没转子型的回转泵是最成功的，其包括轴向间隔的圆锥轴承。该圆锥轴承具有内圆锥形自润滑石墨的轴颈部件，轴径部件在泵壳体内作轴向移动。轴颈的内圆锥形或圆锥轴承表面与支承在浸没电动机转子轴上的部件的圆锥形或轴承表面相匹配。在这种类型泵中，泵壳体的轴颈凹槽中设有不锈钢螺旋弹簧，该弹簧迫使可轴向移动的轴承件或轴颈压向着转子轴上固定的匹配件。因此，螺旋弹簧由转子两端对间隔圆锥轴承的两轴颈部件施以偏压，使其与轴部件接合而提供保持旋转转子径向位置的支承力。此外，圆锥轴承具有保持泵壳体中转子轴向位置的施力部件。因此，使用数十年的圆锥轴承是十分成功的，并且所具有的机构成本很低，该机构可保持控制回转泵旋转部件径向和轴向位置的自定心。在正常轴承磨损期内，圆锥轴承保持泵旋转部件的径向位置。此外，使用圆锥轴承的有益特征之一是，轴承具有根据围绕转子的液体压力在轴向上自定心的能力。推力平衡特征利用了转子前部和转子后部之间的压力差，以便液压力使圆锥轴承轻微地移动而使转子定心。通过弹簧偏压圆锥轴承而调节该平衡。
受弹簧偏压的圆锥轴承具有受推力平衡后的初始轴向位置，经长期使用的泵应该保持该位置。当圆锥轴承接近1/8inch的磨损时，需要替换或修理泵的轴颈以保证无故障工作。通常在拆卸泵的定期检查中来发现圆锥轴承的磨损。但是，为了进行适当的预防性维修，需要知到轴承磨损的程度。此时，浸没转子型回转泵受到定期维护或检查。检查之间的时间间隔必须很短以确保在泵由于轴承磨损而出故障前进行维护。必须避免严重的轴承故障。被泵的液体类型或杂质会加速轴承的磨损。因此，最好远在其需要更新之前检查圆锥轴承以保证泵的长期工作。这些因素使圆锥轴承的维护费用很高而且很费时。发明内容
本发明涉及监测圆锥轴承磨损以确定何时应更换和/或更新的设计原理。因此，不需要频繁检查轴承。仅在实际需要时对轴承进行维护。这是一个很着重要的优点，它花费少并且防止由于轴承失效而导致的严重故障。过去，即使检查期限很短也会发生这样的故障。本发明包括对上述结合作为产靠参考的回转泵的改进，使用本发明的目的是实时监测圆锥轴承。采用磁机构的磨损监测装置与每个轴向间隔圆锥轴承相关联。在回转泵的初始安装或启动中，设定简单基线(base line)位置。该基线补偿与轴承间隔相关的装配公差。在初始设定后，定期检查监测装置以发现何时圆锥轴承需要检查或更换。磁装置安装在电动机壳体上由圆锥轴承位置所确定的位置上。磁铁设置在圆锥轴承对的每个受弹簧偏压、可轴向移动轴颈中。在泵的工作期间，圆锥轴承和转子组件沿轴向移动以保持如上所述的液压推力平衡。在这种情况下，轴承上的磁铁在相同方向移动并保持平衡状态。当圆锥轴承磨损时，轴承轴颈中的磁铁随轴颈的彼此相向移动而彼此相向移动。采用本发明监测轴颈磁铁的实际位置。当内移一给定距离时，实际上为1/8inch，为了检查和更换磨损的轴承而输出可视的指示。因此，本发明提供何时轴承磨损到给定量的指示。轴承轴颈间隔的变化表示需要更换轴承或者注意泵中的轴承。当轴颈沿相反方向移动时，本发明的磨损检测装置使圆锥轴承在给定方向进行一致的轴向移动，同时能检测磨损。该装置易于安装在已有的封装泵设的计中。不需要修改泵压力范围或破坏零泄漏设计的完整性。仅通过在泵壳体内靠近每个圆锥轴承装配磨损检测器部件，而采用本发明监测轴承的磨损特性。
本发明用于与回转泵结合，该回转泵包括：壳体、叶轮，其通过装有电动机转子的轴旋转安装在壳体中、电动机定子，其固定在所述壳体中和围绕所述转子使所述转子和轴绕轴的轴线旋转。所述轴通过轴向间隔的圆锥轴承安装在所述壳体内，每个轴承包括固定在所述轴上的第一元件和第二元件，第一元件具有与所述轴线同心的第一圆锥轴承表面，第二元件或轴颈装在所述壳体上，具有与所述轴线同心的第二圆锥轴承表面。两圆锥轴承表面彼此结合以对在定子内旋转的轴定心。处于装有轴颈的壳体凹槽中的偏压元件呈螺旋弹簧形式，其沿轴线方向彼此相向地推压轴颈以补偿表面之间的磨损。轴颈的横截面为圆柱形并仅在轴线方向上在泵的凹槽或腔室内往复运动。根据本发明，为这种回转泵提供了新的磨损指示器机构。磨损指示器机构包括在具有一个轴承的轴颈中的第一永磁铁和在具有第二轴承的轴颈上的第二永磁铁。安装在泵壳体上的第一随动件具有第三永磁铁，该第三永磁铁面对轴承轴颈之一上的第一永磁铁。当轴颈上的轴承轴向移动时，该随动件可移动。第二随动件安装在具有面对第二轴颈上第二永磁铁的第四永磁铁的泵壳体上并且通过第二轴颈上第二永磁铁的轴向移动而移动。每个随动件具有指示器元件，该指示器元件可移入一个指示第一和第二永磁铁被移动的轴向位置的位置。监视器装置或机构测量永磁铁或轴颈的位置以指示圆锥轴承的磨损。
根据本发明的另一方面，每个磁铁随动件是绕一轴线旋转安装的摆动体，该轴线垂直于轴的轴线。摆动体包括安装有跟随轴颈上磁铁的磁铁的第一端和构成该随动件指示器元件的第二端。通过使用摆动体机构，两个摆动体可以以一种方式相连，在该方式下，在流体推力平衡相同方向的磁铁移动正确记录了磨损。但是当发生磨损时，摆动体通过轴颈磁铁在相反方向移动。总移动量表示了轴承磨损的程度。通过使用本发明的摆动体机构，允许磨损指示器机构补偿泵推力平衡的相同方向轴向移动。有些泵不具有这样的流体推力平衡，但是磨损指示器可同样施用于这样的泵。通过使用新的摆动体结构，为实现推力平衡而进行的圆锥轴承共同的轴颈移动不表示磨损。当轴颈上的轴承在相反方向移动时，即当有实际的轴承磨损时，才发生磨损指示。
根据本发明的另一方面，第一和第二随动件安装在管形非磁性壳体中，该管形非磁性壳体具有位于轴颈中磁铁和随动件端部上磁铁之间的下壁。在这样的管形壳体中设置有上观察口，随动件的指示器元件由该上观察口露出以显示轴承轴径的实际移动。
根据本发明的一个方面，提供一种安装在随动件之一上的检测器开关，当两个随动件移动到一个指示轴承轴径沿轴向内移到要求维修或更换轴承轴颈的给定距离的位置时，启动该开关以发出警报。
本发明的首要目的是提供一种用于监测浸没转子型液体泵的两轴向间隔的圆锥轴承实际磨损的机构。
本发明的另一目的是提供一种包括上述机构的回转泵，该机构可以补偿具有流体推力平衡工作特性的泵中的流体推力平衡。
本发明的另一目的是提供一种具有上述机构的泵，该机构包括绕垂直于转子轴的轴线转动的两间隔的摆动体，摆动体以一种方式相互连接，在该方式下，圆锥轴承轴颈在相同方向的移动不表示磨损，而是在相反方向的移动表示轴承磨损。
本发明的另一目的是提供一种上述机构，当轴向间隔圆锥轴承彼此相向移动时，该机构读取该轴向间隔圆锥轴承的轴颈的移动，表示轴承磨损。
本发明的另一目的是提供一种上述机构，该机构包括开关和报警电路，以在机构检测到圆锥轴承之间的预定磨损量时产生报警信号。
通过结合附图的详细描述可以清楚理解这些和其它目的和优点。附图说明
图1是本专利中所公开的回转泵类型的电动机部分横截面图，仅示意性表示通过参考而合并的其它泵部件；
图2是沿图1中线2-2的放大横截面图；
图3是沿图1中线3-3的放大横截面图；
图4是沿图1中线4-4的局部俯视图；
图5类似于图1的显示在轴承轴颈有实际磨损时本发明的工作视图；
图6是类似于图4的沿图5中线6-6的视图；
图7是类似于图4的显示根据本发明其它方面使用的报警电路的局部视图；以及
图8是类似于图7的显示报警电路处于启动状态的视图。具体实施方式
优选实施例
现在参照附图，其中附图是用于显示本发明优选实施例而不是为了限制本发明，图1显示了具有由标号10表示的叶轮和其它泵部件的泵A。在由参考文献合并的资料中给出了这些部件，而对理解本发明并不是重要的。为说明本发明，在图中仅显示了泵的电动机部分。泵A包括壳体20，壳体20具有由水套或管壳26隔开的电动机转子22和电动机定子24，使得转子22浸没在液体中，如由参考文献合并的现有技术所述。泵轴30绕轴旋转安装并由圆锥轴承40、42保持在轴线位置，自定心轴30和转子22由轴承承载。根据标准的实际应用，圆锥轴承包括通常为方形的外部可替换轴颈50、52，该轴颈由石墨或其它抗磨损和低摩擦材料制成。这些轴颈分别包括圆锥轴承表面50a、52a，它们可分别在通常为圆柱形容置凹槽54、56内轴向移动。轴承50、52分别受不锈钢螺旋弹簧60、62偏压而靠在具有圆锥轴承表面70a、72a的轴安装件70、72上。根据标准实际应用，轴上的淬硬金属轴承表面与轴颈50、52的低摩擦圆锥表面接合以使转子22在电动机定子24内定心，以带动由标号10表示的泵部件。尽管它不是本发明的组成部分，但是轴30可包括推力平衡机构，由此根据在泵送作用中产生的转子22相对端的压力差而使轴移动。尽管设计了磨损检测器以补偿具有推力平衡部件的泵转子的轴向调整，但是使用在许多泵中的该部件不是本发明的组成部分。如上所述，泵A是在通过参考而合并的专利中和通过参考而合并的公报中的标准泵。为理解本发明所需的标准泵细节是，有两个轴向隔开的圆锥轴承40、42，圆锥轴承40、42受到向内的推力而使转子定心。这样的轴承要磨损而且需要定期更换。本发明在于提供一种机构，用于检测轴承磨损，从而指示必须更换或维修轴承。
根据本发明，轴颈50、52包括分别插入在上平壁104、106内的永磁铁100、102。壳体110、112中的机构位于磁铁100、102的轴线位置。如果磁铁在相同方向移动，则不显示磨损。该移动在转子存在液体推力平衡时发生。本发明补偿泵的该部件，但是这样的补偿不是本发明的首要部分。本发明涉及检测轴颈50、52的磨损。这样的磨损引起两轴颈沿轴线彼此相向移动。当轴颈相互移动到一给定距离时，实际为1/8inch，则有必要更换轴颈，否则要维修泵A。
本发明包括在非磁化或塑料管形壳体110、112中的两随动机构。在阻挡轴颈50、52的上壁104、106的位置在壳体中钻出孔110a、110b，壳体110、112分别通过孔110a、112a很方便地安装在泵壳体20上。这些孔直接与磁铁100、102成直线排列。底壁114、116较薄，以便使磁铁100、102的磁力线穿透。每个壳体的上窗状口或透镜120通过环形盖122固定住。以这种方式，为了下述目的，维修人员可以通过视觉观察壳体110、112内的机构。壳体包括旋转销130、132，它们向下移动穿过壳体10中沿直径方向彼此隔开的狭槽134和壳体112中类似狭槽136。销130、132旋转安装在将要说明的摆动体随动件上。第一随动件是具有孔146以旋转安装在壳体112的销132上的摆动体140。摆动体底部包括随动件磁铁142。摆动体的上端是指示器元件144，使得当磁铁102在凹槽56中沿轴向移动时，通过透镜120可以看见绕销132的转动。具有相反磁极的磁铁142面对磁铁102，使其被吸引而随轴颈磁铁移动。因此，摆动体140的角度位置表示了磁铁102的轴向位置。根据本发明的一个方面，单个摆动体将通过显示磁铁102的位置来表示磨损。维修人员只需观察上指示器元件144并判定磁铁102的位置。但是，如果在泵A中组合这样的部件，则该位置的变化可以是推力平衡的结果。为此，本发明的优选实施例包括两个随动件。
随动件摆动体140包括延伸穿过开口或管152的杆或连杆150，并且包括旋转安装在摆动体140上的位于销132之上给定距离处的弓形端154。选择该距离，当磁铁142跟随轴颈磁铁102时，使杆150的移动与磁铁142的移动相协调。杆或连杆150由壳体12延伸到相对壳体110。壳体110还具有开口或管152，杆或连杆150延伸穿过该开口或管152。弓形端156旋转安装在转动的指示器杠杆160中，指示器杠杆160具有向外延伸的上指示器元件162。如上所述，由磁铁102移动而形成的随动件140转动使上指示器元件144移动，通过透镜或窗状口120可以看到指示器元件144的移动。同时，杆150移动杠杆160，通过壳体110的窗状口或透镜120看到指示器元件162。这些移动均匀在相同方向进行，元件162的移动量由转动弓形端154至摆动体140的转轴132的间离控制。现在看壳体10，杠杆160具有在销130处的转动孔164，最好参见图1。该销转动安装在第二随动件摆动体170上，第二随动件摆动体170具有下随动件磁铁172和上指示器元件174。摆动体170的转动孔176对应元件160的转动孔164。它们均在销130上转动。销130、132使摆动体140、170绕基本垂直于轴a的轴转动，最好参见图2和3。摆动体170根据磁铁在轴颈50中的位置转动。元件160绕销130转动一通常由间隔磁铁102在轴颈52中的位置控制的量。因此，当两磁铁一起移动时，元件160和摆动体170向相反方向摆动。上指示器元件162、174之间的间隔表示轴承磨损量。因此，维修人员仅观察元件162、174之间的间隔以判定轴颈50、52的磨损量。如上所述，推力平衡在相同方向移动两磁铁，这样元件162和174一起移动并且不分离以指示磨损。分离的量表示轴承磨损的量。摆动体140上端也表示磨损。根据本发明的低精度实施例，可以在一个或两个壳体110、112中采用单个摆动体140。
现在参照图5和6，由于轴颈50、52的磨损使磁铁100、102一起移动。这样磁铁142、172一起移动使摆动体140、170彼此相向转动。当摆动体170反转时，拉动转动杠杆160正转。通过透镜120观察指示器元件162、174之间的间隔，该间隔表示发生了较大磨损。通过窗口或透镜120观察，维修人员知道泵的圆锥轴承区域内需要维护。因此，对泵A进行维修是根据实际磨损而不是根据摩擦时间表，必须进行频繁观察以保证轴承不会严重失效。如图6所示，指示器元件162、174彼此间隔开。当然，窗口具有表示需要维护的磨损量的标准刻度或标记。在实际应用中，尽管在有些泵中使用单个摆动体，但是双摆动体磨损指示机构或磨损监视器是优选的实施例。
图7和8中显示了本发明的改进，其中，去掉壳体110、112而由开口的壳体110b、112b表示。壳体110b的开口使具有致动件202的微开关200得以安装在杠杆160或摆动体170上。当两部件之间的间隔达到预定量时，其它部件接合致动件202，选择该预定量作为磁铁100、102的预期磨损移动。当闭合致动件202时，报警电路210受激励以启动警报器212，显示为灯。当然，警报器可以是灯、计算机指示器和/或声音警报器。图7显示了210开关预期的开始位置。当磁铁100、102一起移动到足以表示预期的最大磨损时，杠杆160和摆动体170处于图8所示的位置，导致电路210启动报警器212。
本发明仅显示了泵的电动机部分，而没有显示本发明目的所涉及的与几个浸没转子型回转泵结合的推力平衡部件。本发明仅涉及磨损检测；但是，已经说明了泵工作期间的流体推力平衡不影响本发明的磨损监测。当安装在轴承100、102上的轴颈一起移动以表示磨损时，其它随动件可以用于彼此相向移动。最好使用双摆动体机构。